접지(Grounding) ---- NEC(National Electric Code) 해설

10년 전에는 접지 저항의 중요성에 대하여 대형 컴퓨터 시스템이나 통신 장비 또는 군사 장비 분야 이외에서는 논의하는 일이 드물었다. 오늘에는 우리가 살고 있는 세상이 마이크로프로세서에 의존하는 분야가 많은지라 접지저항을 낮게 하는 것이 심각하고 대중적인 화제가 되어있다.

대부분의 시설에서 전기적인 그라운드 시스템이 전기 서비스의 입구 역할을 한다. 과거에는 NEC 최소 요구사항에 바로 “OK” 되는 것은 드물었다. 오늘에는 NEC 요구사항인 접지 시스템과 접합(bonding)이 반드시 지켜야 할 시발점일 수 밖에 없다.

NEC의 제일 초점은 안전한 삶과 적절한 장비 동작을 보장하는데 있다. NEC와 대부분의 지역적 규정은 접지저항을 25옴 이하로 하기 위해 한 두 개의 8에서 10피트에 이르는 길이의 접지 봉을 묻어 설치하기를 요구한다. NEC는 민감한 네트워크 시스템이나 접지 시스템의 테스트에 대해 유별하게 지시하지는 않는다. NEC는 어떻게 하면 “접지 저항을 적게 하는지”도 지시하지 않는다. 이 규정들은 장비 제조자, 전력 품질 컨설턴트 또는 전기 엔지니어와 같이 민감한 장비 접지 요구 사항에 익숙한 사람들에게 일임되어 있는 셈이다.

마이크로프로세서와 네트워킹의 도입은 오늘날 접지에 대한 중요성을 의식하게 한 흥미의 근본 이유이다. 네트워크 시스템과 장비의 계속적인 성장은 낮은 접지저항뿐만 아니라 관련 전력 품질이 논의에 초점 두게 했다. 수많은 TR(transfer resistor의 약자, 트랜지스터라고도 함))로 구성된 마이크로프로세서는 불과 3내지 5볼트의 직류로 동작한다. 적절한 동작을 보장하기 위해서는 낮은 저항의 깨끗한 그라운드가 요구된다.

모든 전기 또는 전자에서 그라운드란 “0” 기준이다. 좀더 정형인 정의는 전기회로에서 어스(지구)나 커다란 도체와 같이 임의의 0전위를 가지는, 전류의 귀환으로 사용되는, 어스에 대해 0 전위인 위치나 부분을 말한다. 전기 장치의 그라운드는 “0”전위가 되어야 하고, 전기적 에너지에 대해 전도도가 높은 경로가 되도록 설계한다. 이러한 “0” 기준 경로의 저항은 낮아야 하며, 충분한 전류 용량을 가져야 하고, 에너지 스펙트럼으로 보아 넓은 주파수 영역을 취급할 수 있어야 한다.

오늘날 민감한 장비의 그라운드 분야(봉, 망, 판 등)에 관한 가장 일반적인 규격은 최대 5옴 이하라야 한다는 것이다. 많은 군사 및 중요 통신 사이트에서는 기본적으로 1옴 이하이다. 민감한 장비가 설치되는 경우는 장비의 요구사항에 그라운드 시스템을 맞추어 주는 것이 매우 중요하다.

일상적인 빌딩은 NEC나 다른 접지규정에 저항 값이 그리 낮지는 않다. 규정의 접지저항 값은 25옴 이하로 되어 있지만 시험은 드물게 한다. 접지저항을 확보하기 위해서는 훈련된 기술자에 의하여 전위차 법을 사용한 장비에 의하여 수시로 시험해야 한다.

일상적인 설치에서 매년 테스트하는 것에 비하면, 번개분야에서는 그라운드는 좀더 자주 테스트해야 한다. 배전반의 배치, 접지하는 장비와 다른 요인을 검토하여 접지 선의 규격을 계산해야 한다. 도체의 크기나 설치 방법은 접지 분야의 기술자나 전문가에게 맞기는 것이 가장 좋다.

접지는 모든 회로망 시스템을 효과적으로 보호하는 주축이다. 교류전력, 안전보장, 생명보호, 컴퓨터, 비디오, 위성, 전화통신, 등의 시스템에서 모두 안정한 동작을 위해서 그라운드에 의존한다. 나아가서 이러한 시스템을 보호하기 위해 사용하는 보호장치, 예를 들어 UPS 시스템이나 전력유지, 전압안정, 서지 제거 등 시스템은 부적절한 배선이나 그라운드 결함이 있다면 나쁜 효과를 나타내게 된다.

전기 공급 시스템은 정상적 동작에서 번개나 전기 서지, 또는 정상동작에서 전선이 높은 전압의 전선과 예기치 않은 접속으로 인한 과전압을 막기 위해, 또 그라운드에 대한 전압을 규제하기 위해, 튼튼하게 접지한다. 모든 경우에 있어서 접지 전극 시스템은 NEC 요구에 따라 공통되고 고정적으로 접지해야 한다.

NEC(National Electrical Code) 접지 요구사항

규정은 전압이 50과 1000볼트 사이에 있거나, 제공되는 도체가 절연되지 않은 어떤 공급 시스템의 어떤 전류 운반 도체에 적용한다. 접지한 도체는 각각 흰색 또는 옅은 회색으로 종결점에서 식별되어야 하는데, 중성(neutral)선(도체)이라고 일반적으로 부른다. 장비의 그라운드 도체는 전류를 운반하지 않는 도체로서 우선적인 기능은 안전이다. 이 도체는 적당한 전류용량을 가지며, 과전류 보호장치(차단기 또는 퓨즈)를 동작시키기에 충분한 낮은 임피던스를 가져야 하는데, 회로의 공급 측에서는 접지되지 않은 도체가 나와 공급 시스템이나 장비의 어떤 노출된 도체와 연결된다. 중성선이나 장비 접지 도체는 한 점에서 함께 결합 점퍼 와이어에 접합(bond)된다. (대부분 이것은 전력을 연결하지 않는 선이나 중성선/접지선 서비스 출입/결합의 버스 바(buss bar)이다.) 이 점에서는 또 시스템을 접지 전극에 접합하기 위해 어스와 접지극 도체로 결합한다. 결합 점퍼가 있는, 둘러싸고 있는 패널을 메인 패널(주배전반)이라 한다.

단일점(single point) 결합은 삶의 안전을 위해 꼭 필요한 (NEC) 요구사항이다. 때때로 이것이 차단기나 퓨즈와 같은 전원 차단기기와 같이 있는 경우가 있지만, 이 경우도 단일 위치로 보게 된다. 중성선과 그라운드는 변압기, 발전기 그리고 UPS 시스템에서는 다시 결합할 수 있다. 단일점 결합의 가장 중요한 관점은 각 장비의 접지 전류를 분리하여, 서로 결합하여 영향을 주는 것을 방지하는 것이다.

전기적 패널은 보통 결합 점퍼와 중성선을 패널 케이스와 나사로 결합하는 형태로 공급된다. 전기 기술자가 설치를 완료하기 전에 나사를 제대로 체결하지 못하고 설치하면, 전원 공급측의 장비의 접지 도체는 부적절한 중성 전류를 흘릴 것이다. 건물 내의 분배나 지선 회로의 접합 사고는 접지 시스템으로 중성전류를 흐르게 한다. 빌딩의 강철, 수도관, 대부분의 금속 도체 시스템 등 규정에 의하여 접지되어야 할 도체는 이 중성전류를 흘리게 될 것이다(시스템 내부 그라운드 노이즈).

시스템 내부 그라운드 노이즈는 접지 도체에 전류가 흐름으로써 발생한다. 그라운드 노이즈는 빌딩 내의 서로 다른 접지 부품의 임피던스 차이로 유발된다. 건물 내의 중성선과 접지선의 사고는 유도뢰 전류(lightning induced current)의 피해를 예견하고 방어하는 것을 또한 불가능하게 한다. 서로 다른 위치에 있는 서로 다른 전위차를 가진 접지 시스템 그라운드 전류는 가장 작은 임피던스를 가진 경로로 그라운드 출구로 몰려 나누어 흐르게 된다(그라운드 루프 형성).

그라운드 요구사항

NEC는 회로, 장비의 금속 외함에서 그라운드에 이르는 귀로(path back)에 관하여 다음과 같이 요구한다.

영구적이고, 신뢰할 수 있으며, 지속적일 것.
그것이 가질 수 있는 어떤 누설 전류도 안전하게 전도할 수 있는 충분한 용량을 가질 것.
그라운드에 대해 규제된 전압을 갖도록 충분히 낮은 임피던스를 가질 것.
회로에 회로보호장치의 동작을 하는 기능을 갖출 것.

주어진 회로에서 그라운드 도체를 형성하는 모든 부품, 예를 들어 패널, 통로(race way), 전선도관(conduit), 전선, 걸쇠(clamp), 고정구(fitting), 받침대(bracket) 등은 그 회로의 접지 안된 도체들에 공급하는 회로 보호장치(차단기 또는 퓨즈)가, 부품들의 심각한 발열 없이, 동작하게끔 충분한 누설 전류를 흘릴 수 있어야 한다.

대체로 위의 모든 요구사항을 만족하기 위해 생길 수 있는 많은 문제에 접하게 된다. 여기서 가능한 문제점들은 다음 다섯 가지 분야로 나뉠 수 있다.

자재(Materials): 접지를 유지하기 위한 부품의 종류도 많고, 각 부품의 성능을 결정하는 재질이나 표면처리의 종류도 다양하다.
최초 작업의 질(Initial Workmanship): 성능과 품질을 좌우하는 최초 설계, 자재 선정과 워크맨쉽은 전기 배전 시스템 안전을 극적으로 변화시킬 수 있다.
후 작업 또는 장비 추가: 시설이 완료된 후에도 배전에 추가 또는 변화가 빈번하다. NEC의 권고사항이나, 좋은 접지의 원칙을 따르지 않고 행해지는 변경은 적절하게 설치된 부분에도 문제를 일으킬 수 있다.
시설의 노후: 배전 시스템에 대한 예방 정비와 시험이 없으면 시스템이 극적으로 못 쓰게 나빠질 것이다. 시간이 초과된 부품은 달아서 못 쓰게 된다. 적절한 수선이 없으면 시스템이 나빠지고, 녹이 쓸고, 칠이 벗겨지고, 각각의 역할을 하기 부적격인 상태로 된다. 시설을 바꾼다든지, 건물 내의 시설, 예를 들면 환기, 냉 온방 시설 등을 부적절하게 정비한 경우도 배전 시스템을 해롭게 하는 경우가 많다.
용도: NEC에 직접 관련은 없지만, 더 심각한 것은 건물의 용도이다. 건물의 주인이나 사용자가 몇 번 바뀌는 것은 흔한 일이다. 바뀐 사용자는 처음 지어질 때와는 다른 용도로 쓰게 된다. 이때 배전 시스템도 새로운 설비에 따라 과연 바뀌는가? 접지를 시험해보고 보완하는가?

충분한 전류 용량은 시험에 의하여 보장할 수 있으나, 초기 설치 이후에 접지 회로의 적합성을 테스트하는 방법에 관하여는 규정이 없다. 긴 회로에서 누전 시험을 통해 발견할 수 있는 결함 포인트는 단 하나뿐이다. 한번의 벼락이 치면 접지 봉은 타버리거나, 부적절함을 나타내거나, 접지 저항을 심각하게 증가시키거나 한다. 안전 논의는 결함 있는 접속 점이 타서 떨어질 수 있고, 장비의 노출부가 어스 대비 높은 전압에 쇼트될 수 있다는데 있다. 이로써 장비의 사용자 즉 작동하는 이에게 쇼크 재해를 입히고, 장비 보호 장치를 쓸모 없게 한다. 기억할 것은 임피던스가 또한 접지 구성과 다른 부품의 길이, 하드웨어의 품질, 그리고 그들을 연결해 주는 워크맨십, 등과 같이 영향을 많이 주는데도 불구하고 정비 논의에서는 제외된다는 것이다.

결함이 있는 회로에 설치된 서지 제거 수단은 장비가 기대한 대로 동작 못하게 할 뿐 아니라 보호할 부하에 해로운 에너지를 되돌려 집어 넣을 수도 있다. 높은 임피던스의 그라운드는 적어도 어느 정도 서지 제거 수단에 부정적인 영향을 주게 될 것이다.

접지전극과 접지전극 도체

낮은 임피던스의 어스 연결은 번개로 인한 과전압을 방지하는데 필요하다. 어스로 가는 연결은 접지 전극 시스템이 한다.

다음 중 가능한 모든 것이 접지전극을 이루기 위해 함께 접합되어야 한다.

10피트 이상 땅과 직접 접촉되어 있는 땅속의 금속 수도관.
건물을 구성하는 금속 틀 또는 구조물.
콘크리트로 싸여있는 전극으로서 지지하는 막대나 봉의 길이가 20피트이상이고 직경이 0.5인치 이상인 것.
접지 굴레(Ring)로 굵기가 2번선(단면적 134mm2) 이상이고 길이가 적어도 20피트 되며 땅속 30인치이상의 깊이로 건물을 둘러싼 것.

위 전극 중에 하나도 가능하지 않다거나 단지 수도관만 가능하다면, 접지 전극을 보강하기 위하여, 동판이 붙은 접지 봉과 같은, 만들어진 접지 전극을 사용해야 한다. 다중 접지 전극은 거리에 관계없이 서로 접합하여 사용해야 한다.

접지 전극 시스템이 개별 부품으로서 함께 접합한 다음, 단일 접지 전극 도체가 전기적 시스템을 접지 도체(중선선)와 건물의 여러 장비의 접지 도체들과 접합하는데 제공된다. (중성선은 실용 그라운드라는 것에 유의한다.) 한 건물을 위한 개별적인 접지 제공은 서로 다른 접지 기준일 수 없다. 모든 접지 부품의 크기와 요건은 NEC의 250항과 800-820항에 정해져 있다.

컴퓨터와 통신 산업에서 공통적인 실수는 접지 봉을 건물에서 제공하는 중성선 서비스 입구에서 접지로 접합하는 귀로로 연결하지 않고, 분리된 접지로 드라이브하는 것이다. 이런 접합의 결함은 명백하게 NEC를 위반한 것으로서 실제로 심각하게 번개로 인한 피해 위험을 증가시킨다.

전화 통신선이나 CATV 동축 케이블(케이블 TV) 선은 규정에서 건물 접지 전극 시스템에 연결하도록 되어있다. 전화 시스템은 1차로 피뢰기를 접지 서비스 입구에 설치할 것을 요구한다. FCC에서는 설치 편의상 분리된 접지 전극을 방전 설비로 사용하는 경우는 그 전극을 적절한 도체로서 건물 전극 시스템에 접합할 것을 요구한다. 케이블과 위성 동축 케이블의 실드는 금속 지지대와 함께 건물로 들어오는 입구에서 건물 전극 시스템에 접합해야 한다. 이 장비들의 접지 목적으로 사용한 어떤 분리된 접지 전극이라도 건물의 전극 시스템과 적어도 6번선(단면적 54mm²) 이상의 전선으로 접합해야 한다. 접합과 접지를 결정할 때는 언제나 규정의 250항과 800-820항을 참고한다.

보조 접지봉

장비 설치자는 규정에서 현존하는 접지 시스템을 보완하기 위하여 추가적인 접지봉을 드라이브할 수 있고 이들 접지봉을 보완용 접지 전극 도체를 통하여 장비의 섀시에 접합한다. 이것은 전화 교환장비에서 아주 흔한 일이다. 참고할 만한 몇 개는 이것이 잡음을 줄이는데 도움을 준다는 것이지만, 규정은 이러한 것이 현존하는 회로가 장비에 적정한 접지를 제공하는 것에 한할 것을 요구한다.

규정에서 이것을 허락하는 이유는 전기적으로 건물의 교류 전력 공급에 연결되는, 외부 구조물을 위한 보완 접지봉 설치를 제공하기 위함이다. 보완 접지봉이 시설에 도움이 되는 좋은 예는 주차장의 외등이 될 것이다. 보완 접지봉은 외등에 직접 벼락이 칠 때 그것을 건물에 건네주지 않고 바로 어스로 방류한다. 만약 보완 접지봉이 드라이브하는 장치가 건물 안에 한 개 있다면 보완 접지봉과 건물 접지 전극 시스템 사이는 현존 접지 회로는 접지로 역할 한다. 이는 NEC에서 추가 접지 전극은 6번선 이상의 도체로 연결해야 한다는 것에 위배되겠지만 보완 접지봉의 경우는 6번선 이상의 전선으로 연결하지 않아도 된다. 여기의 위험성은 보완 접지봉이 도움이 되지 않고 오히려 벼락 에너지를 끌어들일 수 있다는 것이다. 그라운드 루프는 서로 다른 접지 전위 사이에서 발생한다. 규정의 글자대로 따르면 연결된 네트워크 장비에 재앙을 주는 처방일 뿐이다. 벼락이 칠 때 건물을 가로질러서 전압 차이가 생기지 않게 하기 위해서는, 모든 접지봉은 단일 기준이 되도록 적절하게 접합해야 한다

개별 접지나 접지 전극들을 결합해야 한다는 이유는 간단하다. 흙은 극히 낮은 전도체이고 벼락이 땅에 치는 장소 주변에는 전위차를 가진 고리를 생성하기 때문이다. 서로 다른 위치에 있는 접지봉은 서로 수천 볼트의 전압이 걸리게 된다. 만약 이들 접지봉들이 서로 확고하게 접합되지 않았다면, 이 전위차는 두 개 이상의 접지 사이에서 장비들이 각각의 접지 전압과 같아져서 논리오류가 생길 것이다. 가장 기본적인 설치로서 흔한 예는 전화와 모뎀 또는 케이블 TV의 피해일 것이다. 마이크로프로세서의 세계에서는 데이터 포트로 들어와서 네트워크 장비에 피해를 주게 된다.

네트워크와 통신 케이블

네트워크와 통신 케이블의 설치 형태와 그들을 설치하는데 쓰인 워크맨십은 연결된 장비가 심각한 순간전압충격에서 살아 남는 능력에 직접 영향을 준다. 더욱이 이들 케이블과 그라운드 사이의 관계 또한 연결된 장비가 살아남는데 결정적이다. 서로 다른 케이블 플랫폼은 서로 다른 특성을 가지고 그라운드의 교란에 대해 서로 다른 면역 수준을 가진다.

실드되지 않은 이더넷(Ethernet) 케이블과 네트워크 카드의 꼬아진 짝(twisted pair)은 접지 연결을 갖지 않으며 케이블 핀 사이와 카드의 다른 부분과 1500볼트 절연 규격을 가진다.
동축(coax) 이더넷은 케이블과 카드 사이에는 접지된 단자가 의도적인 연결을 만들지 않는 한 아무런 물리적 연결을 갖지 않는다. 동축 역시 센터 핀과 컴퓨터의 마더보드와 접촉하는 카드의 다른 부분과 500볼트의 절연규격을 가진다.
토큰링(token ring) 케이블 사용은 절연규격이 없고 컴퓨터 섀시와, 실드 케이블을 사용하는가 아닌가에 따라서, 어떤 직접적인 연결을 할 수도 있고 안 할 수도 있다.
RS-232, 422, 432, AUI, 시리얼 그리고 패럴렐 케이블 모두는 하나 이상의 그라운드 핀을 가지며 따라서 케이블과 컴퓨터 또는 연결된 주변기기와 절연되지 않는다.

항상 이들 케이블 중 하나에서 그라운드로 두 개의 가지회로(branch circuit)사이에 다리로 놓일 위험에 직면해 있다. 두 개의 AC 그라운드의 사이의 임피던스 차이가 심각할 경우 유도 전류가 흘러 양끝의 카드를 파괴할 수도 있다. 이러한 이유로 그라운드 임피던스의 차이가 예상되는 경우 광섬유 케이블을 사용하는 것이 좋다. 광학적 격리가 간혹 전송 속도를 줄일지라도 설치한다면 그라운드 임피던스 차이 문제를 가장 값싸게 해결하는 방법이다.

접지와 토질

땅속에 설치한 접지 망과 땅의 구성(흙의 형태, 염분의 함량, 수분의 함량 등)은 접지 망의 저항 효과에 영향을 줄 것이다. 나아가서 접지 망의 수명은 땅의 pH 값에 의하여 결정될 것이다. 땅의 pH는 땅이 산성이냐 염기(알킬리)성이냐 이다.

대부분의 접지 망의 재료는 구리나 구리 도금 강철, 아연도금 강판, 강철, 녹 안 스는 강철 또는 알루미늄이다. 산성 땅은 구리나 아연을 침식해 들어가는 반면, 알루미늄은 염기성에 부식된다. 가장 기본적인 땅의 시험은 흙을 증류수에 각각 같은 부피로 섞은 액체의 산도를 pH측정기나 리트머스 페이퍼로 측정한다.

흙의 산도와 수분의 양, 그리고 염분의 양은 땅의 전기 전도도를 결정한다. 염분이 많을수록 어떤 전도도에 이르기 위한 수분의 양이 적어도 된다. 모든 도체 부분에서와 같이 흙의 전도도도 옴미터(ohmmeter) 또는 옴센티미터(ohmcentimeter)로 나타낸다.

땅의 저항 값은 4점 전위차 강하 법을 사용한다. 이 측정은 교정된 장비로 훈련 받고 경험 있는 숙련된 기술자에게 의뢰하는 것이 제일이다.

접지의 검증과 적정 접지의 시험

접지 시스템을 설치 도중에 또는 설치 후에 접지 시스템의 품질을 점검하는 과정은 NEC규정에 없다. 규정은 다만 적절한 재료로 “꽉 조여진 연결”을 권장할 뿐이다. 검사도 눈으로 보는 검사 정도이다.

접지 전극 시스템의 저항을 시험하는 적당한 방법은 두 단계이다. 접지 망은 어스로 가는 저항을 시험한다. 가지(branch) 회로는 장비에서 출구의 저항을 시험한다.

접지 망(봉)은 훈련과 경험을 쌓은 숙련공에 의하여 시험해야 하는데 전위차 강하 방법으로 한다. 사용하는 장비는 전류 교정을 받은 것이고, 장비의 제조자 설명서에 따라 시험한다. 이 시험을 위해서는 전문가에게 의뢰해야 한다.

접지 망의 순 저항 표준은 여러 가지이다. 민감한 장비를 위한 선호 규격은 5옴 이하이고 더 낮은 값이면 더 좋다. NEC는 25옴도 요구하지만 테스트를 요구하거나 민감한 장비에 대해 고려하지는 않는다.

가지회로 저항 시험은 슈어 테스트(Sure Test) 가지회로 분석기 모델 ST-1D 또는 ST-THD를 사용하여 끝낼 수 있다. 이 시험기들은 회로의 전류를 흘리는 능력을 분석하는 여러 시험을 할 수 있다. 이런 시험은 독립된 접지회로를 위한 것으로서 민감한 장비를 위한 접지에서는 매우 자주해야 한다. 이 테스터의 이점은 살아 있는 회로를 테스트한다는 것이다. 대부분의 회로 시험기들은 피 측정 회로를 불능 상태로 놓아야 한다든지 연결을 끊어주어야 할 수 있다.

옛날 건물의 도관(conduit)이 가끔 접지 도체로 사용된다. 이런 방법은 민감한 장비에는 전혀 적합하지 않는다. 연결성, 노후, 닳아 헤어짐, 그 밖의 여러 요인들이 이 접지 시스템의 결함을 나타나게 한다. 현재 NEC 규정은 도관 접지를 접지의 실시 예로 받아들이지 않는다. 접지를 위한 도체로 동선을 사용하는 것이 확고하고 바람직하다. 왜냐하면 동선으로 하여 금속 또는 플라스틱 박스 안에서 도입부라든지 스위치 그리고 접지 전극을 연결 조립(bonding)해야 하는 것이기 때문이다.

가지회로에 관한 사항은 전기전자공업협회(IEEE)와 NEC 규정에 분명하게 정해져 있다.

그라운드 연결의 측정

접지 연결은 잘 되어야 하고 이를 측정하는 것은 낮은 레인지의 표준 미터로 수행할 수 있다. 이 장비 중의 한 개를 소개하면, 플루크(Fluke) 모델 8012A로서 옵션 01은 0.001옴(1milli-ohm)까지 잴 수 있다. 이 미터는 미터의 패널 조정에 의하여 측정선의 저항을 감안 0점 조정이 가능하다.

노트: 전화 시스템에서는 DC 48볼트 배터리를 사용하고 있는데 저항 측정에 약간 문제를 겪었을 것이다. 마이너스 값의 저항 수치는 저항 측정에서 잘못된 것이 아니다. 이는 접지 연결로 인하여 돌아오는 전류로 인한 것이다. 측정선의 극성을 바꾸면 플러스 값을 가지게 된다. 진실값은 두 가지 읽은 값의 대수적 합이다.

그라운드와 주파수

AC 파워 시스템에서 그라운드 연결의 순 저항 값은 중요한 요소이지만 그러나 접지 경로에서 인덕턴스 값도 결정적 역할을 할 수 있다. 라디오 주파수 에너지와 벼락에서처럼 상승 속도가 빠른 것에 대해서는 낮은 인덕턴스 접지 경로가 요구된다. 벼락치는 때의 에너지는 넓은 에너지 스펙트럼을 가진다. 높은 주파수 에너지가 도체에 들어오면 도체의 표면 또는 표면에 가까이 전류가 흐르게 된다. 이른바 표피효과이다. 표면부 안에 있는 부분으로는 전류가 흐르지 않는다. 표면적이 넓어야 높은 주파수에서 낮은 인덕턴스를 갖고, 접지 임피던스도 적게 할 수 있다.

그라운드 도체의 크기(size)와 형태(type)

NEC는 규정에 만족하는 접지 도체의 요구사항으로 아우트라인을 정한다. 도체의 사이즈는 상세하게 윤곽을 잡고 있고 도체의 전류 용량도 사이즈에 의한 공식으로 나타낸다. 높은 주파수에 대한 것도 단지 고정 도체보다는 가능한 한 꼬여진 것을 권장할 뿐이다. 꼬여진 것은 표면적이 솔리드형보다 넓어서 높은 주파수를 취급할 수 있기 때문이다. 접지 도체가 아주 클 수는 없지만 큰 것이 더 좋다.

접지와 서로 다른 금속 사용

서로 다른 금속을 사용하는 것은 가급적 피해야 한다. 그것들을 어쩔 수 없이 써야 된다면 다른 금속 사이에 부식이나 전기분해(이온화)를 방지하는 스텝을 가지는 것이 중요하다. 서로 다른 금속을 사용하여 낮은 임피던스의 연결을 만들기 위하여는 결합 분말로서 T&B의 Kopr-shield CP-8(구리용) 또는 알루마실드(Alumashield, 알루미늄용)을 사용한다. 이것들은 부식을 방지하고 연결이 수분에 노출되어도 견딜 수 있게 한다.

중선선(Neutral)과 접지 연결의 나뉨

수도 시설에서 물이 들어오는 파이프가 있고 하수도로 나가는 파이프가 있듯이 중성선은 위상의 나가는(drain) 선이다. 중성선이 전력 설비 회사의 그라운드라는 뜻이다.

가지 회로에서 중성선의 나뉨은 NEC를 적용해야 하지만, 민감한 장비일 때는 권장하지 않는다. 그것은 또한 회로가 비 선형적 부하의 전력인 경우도 권장하지 않는다. 비 선형 부하는 컴퓨터나 다른 마이크로프로세서 응용제품에서 찾을 수 있는 스위치 모드 파워 서플라이(SMPS)이다.
분할 중성선 사용의 배경원리는 단지 선형 부하에서 유효하다. 선형 부하는 단일 파워 팩터를 가지는 반면에 스위치 모드는 그렇지 않다. 이론적으로 3상 시스템은 각 위상 전압이 뒤로 밀려(lagging) 120도씩 차이 나는 것이다. 만약 3개 위상선이 위상 전류가 같은 전류를 각각 흘리게 된다면, 중성선의 등가 전류는 각 상이 서로 캔슬되어 소스로 되돌아 가게 된다. 그 결과 수학적으로 그리고 산술적으로 중성 전류는 “0”인 결과를 보이게 된다.

앞의 예는 실질적으로 전기 시스템이 본래의 저항성인 것으로서 단일 파워 팩터로 동작하며 나아가서 시스템이 평형상태로 동작한다는 것을 가정한 것이다. 실제 현실에서 엔지니어가 부하의 발란스를 위하여 최선을 다한다 해도 3상 시스템이 결코 이러한 상태로 되진 않는다. 엘리베이터나 콤프레서 그리고 공조기 등의 3상 모터는 동작 자체가 평형이다. 그러나 컴퓨터, 전등, 복사기, 등은 연속적으로 켜져 있거나 꺼져 있다. 이들 변화는 자연히 3상 공급시스템에 불평형을 생기게 한다. 중성 전류가 흐르기 시작하고, 물리적 법칙은 그라운드로 향한 중성 도체의 임피던스를 통한 전류 흐름으로 전압 차이를 측정할 수 있게 한다. 전압의 크기는 중성선 전류와 중성선 도체의 임피던스에 직접 비례한다. 이 결과로 생긴, 중성선과 그라운드의 전압을 가끔 일상 상태(common mode) 전압이라 한다.

가지회로의 길이, 유도되거나 전도된 그라운드와 중성선의 충격 전압 중에 가장 일상적인 것이 위에 예를 든 것이다. SMPS가 역할을 하는 중성선의 분할은 권장하지 않는데, 이 분할이 마이크로프로세서를 기반으로 하는 시스템 동작에 심각한 동작 파괴를 일으킬 수 있는, 그라운드 중성선 모드(common mode)의 불균형에 기여하는 것이기 때문이다. 이러한 장비들은 수명안전을 위해 논리 접지 전압을 항상 감시하고 있다. 마이크로프로세서는 중성선과 그라운드의 전압 0.5볼트 이하도 알아볼 수 있기를 기대한다.

대부분의 경우 가지회로 120볼트인(한국에서는 220볼트) 그라운드와 중성선을 나누어 가지는 것은 일상적으로 시행되고 NEC에 규정에 맞는 것이다. 나뉘어진 도체를 사용하는 것은 몇 가지 이유에서 좋을 시행은 아니다. 중성선과 그라운드에 관련된 것들을 간략하게 설명한다.

중성선이 아닌 그라운드 도체는 생명 안전을 위한 것이고 표준 교류 가지회로의 장비 섀시 그라운드 기준이 된다. 다른 장비는 그라운드를 가지회로의 중성선으로 사용하거나, 또는 드레인 와이어는 120볼트 가지회로를 위한 것이다. 단상 장비는 가끔 핫위상(phase hot), 그리고 그라운드로 배선으로 되어있다. 장비의 효율은 얼마만한 양의 에너지가 장비에서 사용되지 않는가로 결정된다. 사용된 에너지는 그라운드 선을 드레인으로 쓴다. 그라운드 와이어에 실린 에너지는 같은 그라운드에 의존하는 민감한 장비에 매우 부정적인 영향을 갖게 할 수 있다. 노이즈와 스트레이 전압(전기적 대전 또는 유도성에 기인하는 의도되지 않은 전압), 그리고 기타 비정상적인 것들은 민감한 네트워크 장비를 위해 좋지 않다.

독립된 그라운드 회로

아래의 표준들은 가지 회로의 적절한 설치를 인도하기 위한 것이다. 와이어 사이즈, 아울렛(outlet: AC 플러그를 꽂는 소켓, 리셉터클이라고도 함)의 타입 등은 NEC와 장비의 요구사항에 합당해야 한다. 모든 저 전압 회로는 아래의 접지요구에 만족되어야 한다.

가지(branch) 회로 표준
항목	정상 범위	적요
라인 전압	108~132볼트	범위는 +-10%
부하 연결시의 전압강하%	5% 이내	NEC 210-19항 초과하면 화재위험
중성선과 그라운드 전압	0.5볼트 이내	전압이 높으면 마이크로프로세서 에러 가능성 있음
라인선(하트) 도체저항	0.25옴 이내	IEEE규격, 아울렛과 건물 인입부 저항 0.25옴 이하
중성선 도체저항	0.25옴 이내	"
그라운드선 임피던스	0.25옴 이내	" 서지 프로텍션 기기에 필수

이 해설서는 미국의 PSI(Power & Systems Innovations, 플로리다주 올랜드에 있음)라는 회사의 자료로서 접지를 알기 쉽게 해설한 것으로 판단되어 번역한 것입니다. 용어가 흔히 쓰는 전기 용어가 아니어서 이해하기 어려운 점이 있어도 양해하시고 가르침을 주십시오. -----번역자 서용준